(57)【要約】      （修正有）【課題】アンモニア製法用の窒素を燃料電池を用いて製造し、石炭から合成ガスを製造する方法を提供する。【解決手段】石炭を乾留し、還元ガスを製造する一方、全部の該ガスを水素に転換し、一部の燃料電池に通し、水、電気、窒素を製造し、該電気を該石炭の乾留用と昇圧用の電源にしつつ、合成ガスを発生させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の燃料として水素を利用する方法において、空気極に通す．空気を加圧し、排出する窒素リッチのガスをアンモニア製造用等の窒素に利用する方法、で空気分離器を使用しない方法。
【請求項２】
石炭等の炭化水素、炭水化物を乾留等により還元ガスを製造する装置とのコンビネーションに於いて、燃料電池に通す水素の一部を該乾留装置に使用し還元ガスの発生を増量する請求項１の方法。
【請求項３】
請求項２に述べる燃料電池から発生する電気を該乾留装置の加熱器に利用する請求項１の方法。
【請求項４】
請求項２に述べる燃料電池から発生する水、水蒸気、熱水を該乾留装置の分解用に利用する請求項の１の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】燃料電池利用に関する分野
【背景技術】
【０００２】アンモニア製造技術、水素燃焼技術、石炭乾留
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】地球温暖化対策のためにはＣＯ２の削減が緊急の課題となっている。石油類を使うエンジンについても例外ではない。燃料電池の燃料として、特に水素は都合がよいが燃料としての水素の製造、輸送、貯蔵に問題がある。アンモニア基点として考えれば、少くとも輸送、貯蔵の問題は解決する。原油の戦略的高騰の為にも石油類の消費をへらす為には、広く、石炭や重質原油や木質バイオマス等から水素を作り出す必要がある。これらの炭化水素、炭水化物を乾留して、水素、１０等の還元ガスからアンモニアを製造する。
【課題を解決する為の手段】
【０００４】石炭は炭素の量が石油類にくらべて多いために、石炭から直接還元ガスを製造するには空気分離した酸素を使用するのが一般的である。空気を分離するには加圧し、かつ冷却する為にそのエネルギーロスは大きい。特にアンモニアやメタノールを製造する場合、全体の１／４〜１／５のコストを占める。天然ガスやナフサの場合は部分酸化法が使えうまく、アンモニア製造用のガスを作ることが出来る。燃料電池はある意味で発電装置と同時に窒素製法装置になりうるもので若干の未反応の酸素も還元ガス製造用には問題ない。石炭に部分酸化法が利用できない最大の理由は窒素が過剰に入りすぎる為である。
【発明の効果】
【０００５】  この方法により、石炭等から還元ガスを安価に製造出来る。主に還元ガスとは水素、一酸化炭素であり、石炭からコークス等を製造する時にも発生する。例えば石炭2007008794.tif 000003
ここでＨ２の一部を燃料電池に通し、発電させると、条件さえあえばすぐ反応するので（炭鉱のボタ山が自然着火するのと似ている。）電気によって、加熱することが可能であり、種々の特許が出ている。  アンモニアを製造するにはＮ２＋３Ｈ２→２ＮＨ３の反応を促進する為にこのガスを作る必要がある。ここで例えば上記（１）の式を２倍すると５Ｈ２の水素の出来、２Ｈ２を発電用使い、アンモニア用に３Ｈ２を原料にすると、２Ｈ２＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ時発生する窒素は４モルになる。４Ｎ２が発生する。Ｎ２＋３Ｈ２にするように混合するのは2007008794.tif 000004
能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】下部に示すが燃料電池（ＦＣ）で原料を水素にすると水、電気、窒素ガスリッチの排ガスが発生する。これをうまく組み合せるとアンモニア製法用の３Ｈ２＋Ｎ２→２ＮＨ３のガスを作ることが出来る。石炭等のカーボンリッチの原料からも、石炭等は前に示したが乾留すれば反応熱2007008794.tif 000005
（４４−４）×２＝８０＜＜２６１…充分可能である。この電力はガスの昇圧等にも使えるからアンモニア合成塔へ運びうる。昇圧ｐｏｗｅｒは１５０以下である。
【産業上の利用の可能性】
【０００７】極めて高い、２０１０年、５万台、２０２０年５００万台の国の要請にかなう燃料電池車のためにはアンモニア塔載型のハイブリッド車の可能性は高く、その為のアンモニアを燃料として使う必要性がある。特にオーストラリア等、石炭が豊富な所にはそれがいえる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】全体図
【符号の説明】
【０００９】Ａ：アンモニア合成塔Ｂ：バッテリーＤ：乾留塔Ｅ：電気炉Ｆ：燃料電池Ｓ：シフト反応塔ａ：空気ｃ：石炭ｈ：水素ｎ：窒素ｗ：水ｅ：電気
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年9月26日(2005.9.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】この方法により、石炭等から還元ガスを安価に製造出来る。
主に還元ガスとは水素、一酸化炭素であり、石炭からコークス等を製造する時にも発生する。例えば石炭をＣＨとすると
２ＣＨ＋２Ｈ２Ｏ→２ＣＯ＋３Ｈ２＋△Ｈ    （１）
この場合、外部から加熱する必要がある。
△Ｈ＝｜２×２８３ＫＴ／ｍｏｌ＋３×２４２ＫＪ／ｍｏｌｅ−２×５１４ＫＪ／ｍｏｌｅ｜⇒１３５ＫＪ／ｍｏｌｅ
ＣＯはＨ２Ｏによりシフト反応で当量の水素になるから上式は５Ｈ２の水素が出来ることになる。（１００％コンバートした場合）
ここでＨ２の一部を燃料電池に通し、発電させると、条件さえあればすぐ反応するので（炭鉱のボタ山が自然着火するのと似ている。）電気によって加熱することが可能であり、種々の特許が出ている。アンモニアを製造するには  Ｎ２＋３Ｈ２→２ＮＨ３の反応を促進する為にこのガスを作る必要がある。ここで例えば上記（１）の式を２倍すると５Ｈ２の水素が出来、２Ｈ２を発電用に使い、アンモニア用に３Ｈ２を原料にすると、燃料電池内の２Ｈ２＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏの反応時に発生する窒素は、４モルになる。４Ｎ２が発生する。Ｎ２＋３Ｈ２にするように混合することは容易である。この式の反応熱は約３６．４ＫＪ／ｍｏｌｅ  ＮＨ３必要であるが十分供給可能である。
燃料電池による水素の燃焼エネルギーは２モルで４８４ＫＪ発生することになるが効率６０％で２９０ＫＪ≫３６．４×２≒７３ＫＪであり十分供給可能である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】図−１に全体図を示すが燃料電池用の原料を水素にすると水、電気、窒素ガスリツチの排ガスが発生する。これをうまく組み合せるとアンモニア製造用の３Ｈ２＋Ｎ２→２ＮＨ３のガスを作ることが出来る。
石炭等のカーボンリツチの原料からも可能である。石炭等は前に示したが乾留すれば比較的低温で還元ガスを製造することが出来る。通常の部分酸化法でなく、乾留による部分酸化である。石炭の一部はコークス、チャーとして残留するが系内での燃料等に使用する。
乾留塔より出たガスは水素以外にＣＯ２，Ｎ２，Ｏ２，ＨＣ，タールミスト等不純物を含んでいるので洗浄等適当な処理をした後シフト反応塔に導入し、水素リツチガスにする。燃料電池は固体酸化物型固体高分子型等あるが空気を使うことにより、燃焼させるので空気極から窒素リツチガスが派生する。この窒素の昇圧パワーは１５０ＫＪ／ｍｏｌ以下であり、２モルの水素の燃焼エネルギーから、効率も考えても十分可能である。
ちなみに２モルの水素の燃焼エネルギーは約４８４ＫＪであり、反応熱は標準状態で約７３ＫＪであり、燃料電池の効率を５０％とすれば２９０ＫＪである。２９０−７３−１５０＝６７ＫＪとなり、達成可能である。